论文总字数：16287字

目 录

第一章 绪论 1

第二章 红外雨刷系统设计方案 3

2.1 系统设计方案 3

2.1 系统总框图 3

第三章 红外雨刷系统硬件电路的设计 4

3.1 光学原理 4

3.2 红外雨量传感器工作原理 4

3.3 红外发射电路设计 5

3.4 红外接收放大电路设计 6

3.5 采样保持电路设计 6

3.6 小电机驱动装置 7

第四章 红外雨刷系统软件设计 9

4.1 软件设计流程 9

4.2 电机驱动软件设计 9

4.3 开发软件 11

第五章 系统调试 13

5.1 硬件调试 13

5.2 软件调试 14

5.3 测试结果 14

第六章 总结 16

参考文献 17

致谢 19

附录 20

绪论

在1885年来自的德国的Karl Friendrich Benz研究制造了世界上第一辆汽车，但是当时的汽车都没有雨刷器装置。后来一位美国人在下雨天的夜里，不小心撞伤了一名少年。为了防止这类事情的再次发生，他发明了带着橡胶的手动金属雨刷器，但是手动雨刷器在驾驶员开车的时候非常危险，因此他又发明了依靠汽车引擎驱动的雨刷器。1917年他又成功研制了独立电动机驱动的雨刷器，是雨刷器制造的开端，而这个人就是欧谢（J.R.Oishei）。然而此类电动式雨刷器仍是有一些问题，雨刷器的速度是固定的，可是雨量的大小确实不定的，若雨刷器速度太快会影响驾驶员的驾驶，太慢则挡风玻璃上的雨水太多也会影响驾驶员，造成驾车事故。为了提高雨刷器的质量，人们开始发明雨量传感器，这种传感器可根据检测到挡风玻璃上的雨量大小启动雨刷器并调节雨刷器的速度，有效地解决了降雨天气的交通安全问题，也提高了雨刷器的功能和质量。本文所研究的是红外检测汽车雨刷器系统，其中雨量传感器是系统核心，它可分为以下两种类型。电容式传感器会受到环境的影响降低灵敏度，红外式传感器不易受到外界环境的影响且功耗低，所以选择了红外式传感器。本次研究所要达到的目的则是通过设计红外雨量传感器，检测雨量，然后根据雨量大小改变雨刷器的速度。现如今，智能雨刷器已经广泛应用于各种高档汽车上，使驾驶更加舒适、安全。

在国外主要是由先进的研究团队在开发雨量传感器，比如：有些传感器的功能使得汽车更加安全舒适，它放置在挡风玻璃内侧，根据雨量大小可将雨刷器的速度调整在适当的速度。而且它对雪花也有一定的感应度，可以在下雪天提供舒适安全的驾驶环境。并且优化后的传感器还可以有更多便捷的功能，比如关车窗，开启车灯等。而有的雨量传感器集成了其他类型传感器，这种传感器可根据不同环境下的不同光线强度，可以分为白天、夜晚、下雨、隧道、车库等不同的环境模式，根据不同的模式从而启动相应的设备，避免了环境对于驾驶者的干扰，满足了客户的需求。其中比较特殊的是驾驶者也可自己调节传感器的灵敏度，可依据自己的感受和喜好设置属于自己的模式，迎合了不同客户的不同需求。其他有的雨量传感器也集成了较为精准的光传感器，采用了先进的光学器件，大大提高了传感器的性能。而且他们可以根据客户的需求，集成多种不同功能的传感器，使传感器实现更多功能，不仅满足客户在驾驶中对于物质的追求，也使汽车更加智能，更加多元化了。另外还有雨量传感器利用多种先进技术，采用红外技术和伺服控制专利。即在遇到各种情况的时候，传感器会通过伺服控制来调整以适应外界变化，而且此传感器可自发匹配不同种类的挡风玻璃，不需要认为校准。既方便又快捷，是一款比较新颖的传感器。除了这些比较大的研究团队开发研究雨刷器外，还有好多国外技术人员在对雨量传感器做更深入的研究，并且有了很多的进展。比如有人提出用模糊逻辑控制结合等效电容电路的办法来测量雨量，这使得所测量的雨量大小更为准确，则雨刷器也更为灵敏。再者提出了运用微波传感器的全电子雨量计测量雨量的多普勒偏移现象，这不仅提高了汽车雨刷的灵敏度，也使得雨刷器具有抗干扰功能等。

相比于国外，国内对于雨量传感器的开发就比较少了，由于技术落后，产品不成熟，所以只有少部分的企业专注在做这方面的研究。而且国内某些智能雨刷器实际上并不是真正的智能化，只是和车速挂钩，不并能真实反映雨量的情况，不能实现自动调速。结合国内外智能雨刷器的研究现状，不难发现欧美国家致力于开发研究雨刷器的雨量传感器，他们的技术先进，做出来的产品成熟且占据市场的比重很大。而国内几乎很少有公司致力于开发智能雨刷器，大部分也是引进国外先进技术，而且相比于国外，由于技术的不成熟，雨刷器的市场占比很少。

现如今的汽车产业在日益壮大，通过原始的机械装置已经不能满足人们对于物质文化的的需求了。在汽车行业当中，汽车电子设备大大占据了汽车行业的市场，其价值比重在总比重中越来越大，成为汽车行业的核心。因此传感器技术应运而生，满足了人们对于安全和舒适便捷的需求，从此汽车产业进入了一个全新的智能时代。并且汽车传感器在汽车系统中处于核心部分，因此汽车传感器的发展决定了整个汽车行业的发展，雨量传感器的发展有无限多的可能性。汽车雨刷系统装置对于汽车的安全驾驶有非常重要的作用，因为在这之前，有部分的交通事故是由于驾驶者手动启动雨刷器装置造成的。因此，为了避免这种情况再次发生，我们应当解决雨刷器的手动问题。比如在下雨天的时候，有了红外传感器的雨刷装置，可自动开启和调节雨刷的速度，这样既不会影响驾驶者的安全驾驶，又为驾驶者提供了一个舒适的环境，减少了交通事故发生的可能性。不仅有效地解决了交通安全问题，也使汽车雨刷装置的性能大大提升。除此之外红外雨刷器低功耗，抗干扰能力强，成本低，有无限的发展可能。所以汽车红外雨刷装置的实现，对于汽车行业发展有巨大的推动作用。

本文设计的基于红外的汽车雨刷控制系统主要由红外发射电路，红外接收放大电路，采样保持电路，单片机STM32，及小电机驱动电路组成。先由红外发射管发射红外光，红外线通过挡风玻璃反射，红外接收管接收反射回来的红外线。红外放大电路对接收的信号进行放大，采样保持电路进行信号的采样和储存，模数转换后单片机则根据输入的信号驱动雨刷器工作，使雨刷的转速随雨量的大小而变化。

红外雨刷系统设计方案

2.1 系统设计方案

硬件部分主要是由单片机STM32，红外发射电路，红外接收放大电路，采样保持电路及小电机驱动装置几部分组成。设计方案大致是电源接通后电路中的电流激发红外发射管，则红外发射管发射红外线到挡风玻璃上，红外接收管则接收从玻璃上反射回来的红外线。放大电路对接收的信号进行放大，采样保持电路对信号进行采样和暂时存储，最后再进行模数转换。当有雨滴落在挡风玻璃上，光波折射越厉害，红外接收器接收的光的强度越低，经过模数转换电路的输出端则由高电平变为低电平，则输出的低电平的频率就为雨量的频率。放大电路对输出的频率信号进行放大，然后通过采样保持电路对电路中输出的频率进行采样保持，最后由单片机根据所得信号的变化来控制雨刷器的速度，即当雨量越大，雨刷器的转动速度越快。这样就可以根据雨量的大小，改变雨刷器的转动速度，达到本文的目的。

在这个方案中，用到了光学原理，红外发射管从一定的角度发射红外线到干燥的挡风玻璃上会发生全反射；如果发射到有雨滴落下的挡风玻璃上时就会发生折射，因此光的强度会发生变化，由此可根据光的强度来判断玻璃上是否有雨滴落下。由于红外线功耗低，抗干扰能力强，且在生活中被广泛应用，所以选择红外线来进行雨量的测量。而32位的STM32单片机，功能性强大，并且它的工作能耗低，所以在这次设计中选择了这款单片机。因为设计中的雨刷器比较难实现，使用选用了小电机来模拟雨刷器，通过小电机的转速来实现雨刷器的运动速度。由于要设置不同的转速，则选用步进电机来模拟雨刷器。

2.2 系统设计框图

整个系统可分为红外发射，红外接收放大，采样保持，单片机STM32，小电机驱动装置这几部分。 首先接通电源后，电流激发红外发射器发射红外光，红外接收放大电路接收反射的红外光，将调制信号解调并且放大后，经过采样保持电路采样保持然后输出。单片机根据输入的信号大小控制小电机的速度从而控制雨刷器，使雨刷器的转动速度随雨量的大小而改变。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：16287字